TRABZON AÇIKLARINDA DENİZ SUYUNUN BAZI FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

T.C. TARIM ve KÖYİŞLERİ BAKANLIĞI TARIMSAL ARAŞTIRMALAR GENEL MÜDÜRLÜĞÜ TRABZON AÇIKLARINDA DENİZ SUYUNUN BAZI FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ 20012003 SONUÇ RAPORU Ali ALKAN (Proje Lideri) Bayram ZENGİN Celal YILDIRIM, Serkan SERDAR SU ÜRÜNLERİ MERKEZ ARAŞTIRMA ENSTİTÜSÜ MÜDÜRLÜĞÜ TRABZON 2004

Proje Adı : Trabzon Açıklarında Deniz Suyunun Bazı Fiziksel ve Kimyasal Özelliklerinin İncelenmesi Proje Lideri : Ali ALKAN Araştırmacılar : Bayram ZENGİN, Celal YILDIRIM, Serkan SERDAR Yayına Hazırlayan : Ali ALKAN Yayın No : Proje Sonuç Raporları Serisi, No: 20041 Basım Yeri : Sakarya Matbaacılık TRABZON (Tel: 0. 462. 321 72 32) Basım Yılı :2004 Basım Adedi :50 Trabzon 2004 Su Ürünleri Merkez Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü Adres : P.K: 129 61001 TRABZON Telefon : 0. 462. 341 10 53 Faks : 0. 462. 341 10 56 EMail : info@sumae.gov.tr Web : www.sumae.gov.tr II

ÖNSÖZ Bu çalışma Karadeniz su kolonunda bazı fiziksel ve kimyasal parametrelerin yıllık değişimlerinin izlenmesi amacıyla yapılmıştır. Proje enstitü imkanları kullanılmak suretiyle 2001 yılında başlatılmış ve Çalışma Grup Toplantısı kararı ile sürekli proje olarak devamı kararlaştırılmıştır. Projenin büyük bütçeler kullanılmadan enstitü imkanlarıyla gerçekleştirilmiş olması ve sonuçta bütün olumsuzluklara rağmen ihtiyaç duyulan önemli sayılabilecek bir veri tabanının oluşturulmuş olması ayrıca sevindiricidir. Projenin ana kısmını oluşturan deniz çalışmalarının gerçekleşmesindeki gayretlerinden dolayı proje görevlileri; Laborant Bayram ZENGİN, Kimyager Celal YILDIRIM ve Kimyager Serkan SERDAR a; Deniz çalışmaları sırasındaki yardımlarından dolayı Araştırma3 personeli Beytullah AKYOL, Hüseyin MUTLU ve İsmail YÜRÜMEZ e; Projenin yazım aşamasındaki yardımlarından dolayı Mühendis Erdal ÜSTÜNDAĞ, Mühendis Muharrem AKSUNGUR a, çevirideki katkıları için Mühendis Yılmaz ÇİFTÇİ ye, fikir ve katkıları için Dr. Yaşar GENÇ e; Projenin yürütülmesinde gerekli desteği sağlayan enstitü idaresine ve emeği geçen tüm personele teşekkürü borç bilirim. Ülkemiz balıkçılığında son derece önemli bir yeri olan Karadeniz e ait uzun zaman dilimine yayılmış ve düzenli periyotlarla yapılmış çalışma bulunmaması açısından çalışmanın bu konudaki bir çok eksikliğin giderilmesinde önemli bir yeri olacağı inancındayım. Konu ile ilgili herkese faydalı olmasını dilerim. Ali ALKAN Proje Lideri III

İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ... I İÇİNDEKİLER... II SEMBOLLER DİZİNİ... IV TABLOLAR DİZİNİ... V ŞEKİLLER DİZİNİ... VII ÖZ... VIII ABSTRACT... IX 1. GİRİŞ... 1 1.1. Projenin Amaç ve Kapsamı.. 1 1.2. Deniz Suyunun Genel Bileşimi... 2 1.3. Deniz Suyunun Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri... 3 1.3.1. Sıcaklık... 5 1.3.1.1. Okyanus ve Denizlerde Sıcaklık Değişimi... 6 1.3.2. Tuzluluk... 8 1.3.2.1. Okyanus ve Denizlerin Tuzluluğuna Etki Eden Faktörler 11 1.3.3. Yoğunluk... 12 1.3.3.1. Okyanus ve Denizlerin Yoğunluğuna Etki Eden Faktörler.. 13 1.3.4. Elektriksel İletkenlik... 14 1.3.5. Çözünmüş Gazlar... 15 1.3.6. ph... 19 1.3.7. Klorofila... 21 1.3.8. Işık Geçirgenliği... 21 1.3.9. Termik Genleşme... 25 1.3.10. Deniz Suyunun Sıkışabilirliği... 25 1.3.11. Deniz Suyunun Donma Noktası... 26 1.3.12. Deniz Suyunun Spesifik Isısı... 26 1.3.13. Osmotik Basınç ve Yüzey Gerilimi... 26 1.4. Karadeniz in Özelliklerine Genel Bakış... 27 1.4.1. Karadeniz in Genel Konumu 27 1.4.2. Karadeniz in Hidrokimyasal Özellikleri... 28 1.4.3. Karadeniz de Genel Sirkülasyon ve Kitlesel Su Hareketleri 30 IV

1.4.4. Karadeniz Su Kolonunun Özellikleri 32 1.4.5. Meteorolojik Özellikler. 33 1.4.6. Oşinolojik Özellikler. 34 2. LİTERATÜR ÖZETİ... 35 3. MATERYAL ve METOD... 37 3.1. MATERYAL... 37 3.1.1. Örnekleme Sahası... 37 3.1.2. Araştırma Teknesi... 37 3.1.3 CTD Sistemi... 37 3.2. METOD... 39 3.2.1. Deniz Suyunda Sıcaklık Ölçümü... 39 3.2.2. Deniz Suyunda Tuzluluk Ölçümü... 39 3.2.3. Deniz Suyunda Yoğunluk (Sigmat) Ölçümü... 40 3.2.4. Deniz Suyunda Elektriksel İletkenlik Ölçümü... 40 3.2.5. Deniz Suyunda Çözünmüş Oksijen Ölçümü 40 3.2.6. Deniz Suyunda ph Ölçümü. 40 3.2.7. Deniz Suyunda Klorofila Ölçümü... 40 3.2.8. Deniz Suyunda Işık Geçirgenliği Ölçümü 41 4. BULGULAR ve TARTIŞMA.. 43 4.1. BULGULAR 43 4.2. TARTIŞMA. 75 5. ÖNERİLER.. 90 6. ÖZET... 91 SUMMARY.. 92 7. LİTERATÜR LİSTESİ... 93 8. YÜRÜTÜCÜLERİN ÖZGEÇMİŞİ... 95 9. EKLER. 97 V

SEMBOLLER DİZİNİ CTD : İletkenlik, Sıcaklık, µg : Mikrogram S : Binde tuzluluk E : Doğu İSKİ : İstanbul Su Kanalizasyon İdaresi KAS : Kıyısal Akıntı Sistemi m : Metre N : Kuzey ppm : Milyonda Kısım SAT : Soğuk Ara Tabaka SÜMAE : Su Ürünleri Merkez Araştırma Enstitüsü σ t H 2 S : Sigmat = (Yoğunluk1)x1000 : Hidrojen sülfür VI

TABLOLAR LİSTESİ Sayfa No Tablo 1 Çeşitli iyonların deniz suyunda bulunma oranları... 4 Tablo 2 Sentetik deniz suyu kompozisyonu... 9 Tablo 3 Deniz suyunda bulunan çözünmüş maddeler... 9 Tablo 4 Tatlı ve tuzlu su bileşenlerinin karşılaştırılması... 9 Tablo 5 Su yoğunluğunun tuzlulukla ilişkisi... 13 Tablo 6 Çeşitli gazların atmosfer ve deniz suyunda bulunma yüzdeleri... 16 Tablo 7 Saf suda oksijenin farklı sıcaklık ve basınçlardaki çözünürlüğü... 17 Tablo 8 Saf suyun farklı sıcaklıklardaki buhar basıncı... 18 Tablo 9 Yüzeydeki sıcaklık ve tuzluluk değişimlerinin genleşme katsayısına etkileri... 25 Tablo 10 Deniz suyunun sıkışabilirlik katsayısının sıcaklık, tuzluluk ve basınca bağlı değişimleri... 26 Tablo 11 Spesifik ısının sıcaklık ve tuzluluğa bağlı değişimleri... 26 Tablo 12 Karadeniz in su bütçesi... 30 Tablo 13 CTD sistemindeki sensörlerin ölçüm aralıkları ve duyarlıkları... 39 Tablo 14 Tuzluluk hesabında kullanılan çeşitli yöntemler ve duyarlıkları... 39 Tablo 15 Ölçüm yapılan tarihler ve ölçüm sayıları... 43 Tablo 16 I. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama sıcaklık değişimleri... 44 Tablo 17 I. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama tuzluluk değişimleri... 44 Tablo 18 I. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama sigmat değişimleri... 45 Tablo 19 I. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama eiletkenlik değişimleri... 45 Tablo 20 I. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama klorofila değişimleri... 46 Tablo 21 I. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama ışık geçirgenliği değişimleri... 46 Tablo 22 I. İstasyona ait 2001 yılı aylık ph değişimleri... 47 Tablo 23 I. İstasyona ait 2001 yılı aylık çözünmüş oksijen değişimleri... 47 Tablo 24 II. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama sıcaklık değişimleri... 48 Tablo 25 II. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama tuzluluk değişimleri... 49 Tablo 26 II. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama sigmat değişimleri... 50 Tablo 27 II. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama eiletkenlik değişimleri... 51 Tablo 28 II. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama klorofila değişimleri... 52 Tablo 29 II. İstasyona ait 2001 yılı aylık ortalama ışık geçirgenliği değişimleri... 53 Tablo 30 II. İstasyona ait 2001 yılı aylık ph değişimleri... 54 Tablo 31 II. İstasyona ait 2001 yılı aylık çözünmüş oksijen değişimleri... 54 Tablo 32 I. İstasyona ait 2002 yılı aylık ortalama sıcaklık değişimleri... 55 Tablo 33 I. İstasyona ait 2002 yılı aylık ortalama tuzluluk değişimleri... 55 Tablo 34 I. İstasyona ait 2002 yılı aylık ortalama sigmat değişimleri... 56 Tablo 35 I. İstasyona ait 2002 yılı aylık ortalama eiletkenlik değişimleri... 56 Tablo 36 I. İstasyona ait 2002 yılı aylık ortalama klorofila değişimleri... 57 Tablo 37 I. İstasyona ait 2002 yılı aylık çözünmüş oksijen değişimleri... 57 Tablo 38 II. İstasyona ait 2002 yılı aylık ortalama sıcaklık değişimleri... 58 Tablo 39 II. İstasyona ait 2002 yılı aylık ortalama tuzluluk değişimleri... 59 Tablo 40 II. İstasyona ait 2002 yılı aylık ortalama sigmat değişimleri... 60 Tablo 41 II. İstasyona ait 2002 yılı aylık ortalama eiletkenlik değişimleri... 61 Tablo 42 II. İstasyona ait 2002 yılı aylık ortalama klorofila değişimleri... 62 Tablo 43 II. İstasyona ait 2002 yılı aylık çözünmüş oksijen değişimleri... 63 Tablo 44 I. İstasyona ait 2003 yılı aylık ortalama sıcaklık değişimleri... 64 Tablo 45 I. İstasyona ait 2003 yılı aylık ortalama tuzluluk değişimleri... 64 VII

Tablo 46 I. İstasyona ait 2003 yılı aylık ortalama sigmat değişimleri... 65 Tablo 47 I. İstasyona ait 2003 yılı aylık ortalama eiletkenlik değişimleri... 65 Tablo 48 I. İstasyona ait 2003 yılı aylık ortalama klorofila değişimleri... 66 Tablo 49 I. İstasyona ait 2003 yılı aylık çözünmüş oksijen değişimleri... 66 Tablo 50 I. İstasyona ait 2003 yılı aylık ph değişimleri... 67 Tablo 51 II. İstasyona ait 2003 yılı aylık ortalama sıcaklık değişimleri... 68 Tablo 52 II. İstasyona ait 2003 yılı aylık ortalama tuzluluk değişimleri... 69 Tablo 53 II. İstasyona ait 2003 yılı aylık ortalama sigmat değişimleri... 70 Tablo 54 II. İstasyona ait 2003 yılı aylık ortalama eiletkenlik değişimleri... 71 Tablo 55 II. İstasyona ait 2003 yılı aylık ortalama klorofila değişimleri... 72 Tablo 56 II. İstasyona ait 2003 yılı aylık çözünmüş oksijen değişimleri... 73 Tablo 57 II. İstasyona ait 2003 yılı aylık ph değişimleri... 74 Tablo 58 Bazı derinliklere ait yıllık ortalama sıcaklık değerleri... 77 Tablo 59 Bazı derinliklere ait yıllık ortalama tuzluluk değerleri... 79 Tablo 60 Bazı derinliklere ait yıllık ortalama sigmat değerleri... 81 Tablo 61 Bazı derinliklere ait yıllık ortalama eiletkenlik değerleri... 83 Tablo 62 Bazı derinliklere ait yıllık ortalama klorofila değerleri... 85 Tablo 63 Bazı derinliklere ait yıllık ortalama çözünmüş oksijen değerleri... 87 VIII

ŞEKİLLER LİSTESİ Sayfa No Şekil 1 Karadeniz Havzası... 1 Şekil 2 Deniz suyundaki elementlerin doğadaki dolaşımları... 2 Şekil 3 Su moleküllerinin sıcaklığa bağlı geometrileri... 4 Şekil 4 Sıcaklığın derinliğe bağlı tabakalaşması... 7 Şekil 5 Su yoğunluğunun derinliğe bağlı değişimi... 14 Şekil 6 Deniz suyundaki çözünmüş gazların kazanç ve kayıp yolları. 16 Şekil 7 Karadeniz in oksikanaoksik yapısı 19 Şekil 8 Çeşitli çözeltilere ait ph skalası.. 20 Şekil 9 Suyun optik özelliklerine etki eden faktörler.. 22 Şekil 10 Farklı dalga boyundaki ışınların su kolonundaki hareketi.. 23 Şekil 11 Saf suyun ışın absorbsiyonu 23 Şekil 12 Sudaki partiküler ve çözünmüş maddelerin spektrumları... 24 Şekil 13 Asetonla ekstrakte edilen klorofilin absorbsiyon spektrumu.. 24 Şekil 14 Karadeniz in koordinatları... 28 Şekil 15 Karadeniz baseninin batimetrisi... 28 Şekil 16 Karadeniz in şematik su bütçesi... 30 Şekil 17 Karadeniz in akıntı sistemleri şeması... 31 Şekil 18 Karadeniz su kolonundaki sirkülasyon şeması. 32 Şekil 19 Araştırma sahası ve istasyonlar... 37 Şekil 20 Araştırma3 teknesi. 37 Şekil 21 CTD Sistemi 38 Şekil 22 Verilerin bilgisayar ortamına alınması... 38 Şekil 23 Flourometrenin temel bileşenleri 41 Şekil 24 Işık Geçirgenliği Sensörünün temel bileşenleri.. 42 Şekil 25 2001 ve 2002 yıllarında istasyonlardaki aylık ortalama sıcaklık değişimleri... 76 Şekil 26 II. İstasyonda 20012002 yıllarındaki ortalama sıcaklık değerlerinin zaman ve derinliğe bağlı değişimi... 78 Şekil 27 20012002 yıllarında istasyonlardaki aylık ortalama tuzluluk değişimleri... 80 Şekil 28 20012002 yıllarında istasyonlardaki aylık ortalama sigmat değişimleri... 82 Şekil 29 Şekil 30 20012002 yıllarında istasyonlardaki aylık ortalama elektriksel iletkenlik değişimleri.. 84 20012002 yıllarında istasyonlardaki aylık ortalama klorofila değişimleri... 86 Şekil 31 20012002 yıllarında istasyonlardaki aylık çözünmüş oksijen değişimleri... 88 Şekil 32 II. İstasyona ait ph ve ışık geçirgenliği değişimi(2001). 89 IX

Bu proje ile Karadeniz su kolonunda bazı fiziksel ve kimyasal parametrelerin (sıcaklık, tuzluluk, sigmat, elektriksel iletkenlik, ph, çözünmüş oksijen, klorofila, ışık geçirgenliği) aylık ve mevsimsel değişimlerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Sıcaklığın yüzeyde hava sıcaklığına paralel olarak değişim gösterdiği ve Ağustos ayında maksimum (28.06ºC±0.90ºC), ŞubatMart aylarında ise minimum değerlere (8.80ºC±1.15ºC) ulaştığı tespit edilmiştir. Çalışma ile mevsimsel termoklin tabakası ve soğuk ara tabakanın oluşum süreçleri incelenmiştir. Tuzluluğun yıl içerisinde yüzey tabakasında önemli değişim göstermediği ( 17.69±0.16), derinliğe bağlı tuzluluk değerlerinde ise belirgin artış olduğu tespit edilmiştir. Yoğunluğun yüzeyde sıcaklık etkisiyle 9.4213.77 kg/m 3 arasında değerler aldığı, derinliğe bağlı değişiminde ise tuzluluğun etkili olduğu tespit edilmiştir. Elektriksel iletkenlik değerlerinin çok büyük oranda sıcaklığa paralel değişimler gösterdiği ve bu nedenle soğuk ara tabakada her dönem minimum değerlerde bulunduğu görülmüştür. Yüzey suyu ph değişimlerinin 7.88.4 arasında olduğu, ph ın özellikle fotosentez zonu altında azalmaya başladığı ve daha derin sularda 7.67.7 civarında sabitlendiği görülmüştür. Çözünmüş oksijenin yüzey suyunda sıcaklığa bağlı değişimler gösterdiği, derinliğin artması ile azalarak 200 metrede sıfırlı değerlere düştüğü tespit edilmiştir. Klorofila değerlerinin yüzeyde 0.26 µg/l arasında değiştiği ve derinliğe bağlı değişiminin ilk 50 metrede önemli olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Karadeniz, Su kolonu, CTD Sistemi, Fiziksel ve Kimyasal Parametreler ÖZ X

ABSTRACT This Project has been aimed to investigate monthly and seasonal chainging of some physical and chemical parameters (temperature, salinity, sigmat, conductivitiy, ph, dissolved oxygen, light transmission and chlorophylla)in water column of Black Sea. Water temperature on the surface changed on a parallel with air temperature and reached to maximum level in August (28.06ºC±0.90ºC) and minimum level in February March (8.80±1.15ºC). Formation process of seasonal thermocline layer and cold intermediate layer were investigated with this Project. Salinity hasn t been showed any important variation on the surface water throughut the while increasing clearly with ascending depth. Density on the surface water had the value between 9.4213.77 kg/m 3 with effect of temperature on the other hand it was effected by salinity depending on dept varation. Conductivity values changed strongly a paralel with temperature and for this reason it was measured as a minimum any period of time in the Cold Intermediate Layer. Change of ph in surface water has been found at 7.88.4 and It has been seen that ph value decrease specialy under photosynthesis zone and stabiled at 7.67.7. It s been noticed that dissolved oxygen changes in surface water depending on temperature time of the year. increasing the depth dissolved oxygen decreases and goes down about zero at 200 m dept. In suface water chlorophylla has been dedected between 0.26 µg/l. Effective change of chlorophylla depending on dept has been from surface to 50 m. Dept. Key Words: Blacksea, Water Column, CTD System, Physical and Chemical Parameters XI

1. GİRİŞ 1.1. Projenin Amaç ve Kapsamı Dünya denizleri içerisinde farklı özelliklere sahip bir deniz olan Karadeniz, bir ekosistem olarak incelendiğinde pek çok bilimsel problemin cevap beklediği aktüel önemi büyük olan bir denizdir. Karadeniz de uzun yıllardan beri yapılan oşinografik araştırmalar, sistemin genel fiziksel ve biyokimyasal özelliklerinin tanımlanmasında önemli rol oynamasına rağmen, bu araştırmaların yeterli oldukları söylenemez. KARADENİZ HAVZASI Şekil 1. Karadeniz havzası Günümüzde, çevre ülkeler Karadeniz den özellikle balıkçılık, turizm, deniz taşımacılığı alanlarında yararlanmakta ve yarı arıtılmış evsel ve sanayi atıklarını kıyı sularına deşarj etmektedirler (Şekil 1). Sınırlı ve kapalı bir basen konumunda ve tatlı su girdisi yüksek seviyede olan Karadeniz in giderek bozulan ekolojik dengesinin yeterince anlaşılabilmesi ve kaynakların rasyonel şekilde kullanılması gerekmektedir. Son otuz yılda Karadeniz ekosisteminde çarpıcı değişikliklerin olduğu çevre bilimcilerince dile getirilmektedir. Özellikle bölgenin kuzeybatısında yer alan geniş kıta sahanlığına büyük nehirler yoluyla büyük miktarda karasal kaynaklı besin elementleri (fosfor ve azot bileşikleri) ulaşmaktadır. Bu besin elementleri bölgenin yüzey sularında aşırı plankton çoğalmasına, tabandaki aşırı organik madde birikimi de sığ sularda dahi oksijensiz koşulların oluşmasına ve buradaki yaşamın sona ermesine kadar uzanan değişikliklere neden olmuştur. Karadeniz genelinde ekonomik değere sahip balık türleri ve avlanabilir miktarları azalmıştır. Ekosistemde bazı yeni canlı türleri baskın hale gelirken, ekonomik değere sahip bazı türler de kaybolma noktasına gelmiştir. Canlı yaşamda gözlenen bu değişim sürecinde sistemin hidrokimyasal özelliklerinde ne tür değişikliklerin meydana geldiği henüz yeterince bilinmemektedir.

2 Karadeniz in korunmasını amaçlayan geleceğe dönük yönetim programlarının başarılı olması, ekosistemde uzun zaman diliminde meydana gelen hidrokimyasal değişikliklerin, sistemin hidrografik özelliklerine bağlı kısa süreli değişimlerini ayırt etmekten geçer. Bu farkın belirlenmesine imkan veren sağlam bilimsel verilere dayalı görüşler bugüne kadar yeterince ortaya konamamıştır. Deniz suyunun bileşimini genel olarak etkileyen kimyasal, biyokimyasal ve fiziksel olayların anlaşılabilmesi için sıcaklık, tuzluluk, yoğunluk, ph, alkalinite, elektriksel iletkenlik, çözünmüş gazlar, besleyici ve inorganik elementler gibi parametrelerin vertikal ve horizontal dağılımlarının zaman içerisindeki değişimlerinin belirlenmesi gereklidir. Bu anlamda proje ile su kolonunda bazı fiziksel ve kimyasal parametrelerin (sıcaklık, tuzluluk, sigmat, elektriksel iletkenlik, ph, çözünmüş oksijen, klorofila, ışık geçirgenliği, seki diski) aylık ve mevsimsel değişimleri incelenerek farklı amaçlar doğrultusunda kullanılabilecek uzun süreli verilere dayalı bir veri tabanını oluşturulması hedeflenmiştir. 1.2. Deniz Suyunun Genel Bileşimi Yeryüzünde mevcut elementlerin büyük bir kısmının (90 elementten 80 ni) deniz suyunda çözünmüş halde bulunduğu sanılmaktadır. Bu nedenle deniz suyu pek çok katı madde ve gazın çözünmüş halde bulunduğu bir çözeltiyi oluşturur. Bunlardan başka deniz suyunda çözünmüş organik bileşiklerle asılı halde bulunan organik ve inorganik kökenli parçacıklar da vardır. Deniz suyunda çözünmüş veya asılı halde bulunan bu maddeler atmosfer, okyanus ve karalar arasında oluşan alışverişten kaynaklanmaktadır (Şekil 2). Havadan Ca +2 HCO 3 Nehirler Havadan karışan tuz Dolaşan deniz tuzu Eser elementler >%90 Cl Atmosferden yağış ve su kondenzasyonu Atmosfer Kayalar Manto DENİZLER Buharlaşma Dolaşan deniz tuzu Esas metal iyonları H + Kireç taşı dolomit Ca +2 Mg +2 2 + + CO 3 Eser elementler Sedimentler Deniz suyundan yağış ve sedimentten çözünme Şekil 2. Deniz suyundaki elementlerin doğadaki dolaşımları

3 Deniz suyuna çeşitli kaynaklardan gelen çözünmüş veya asılı halde bulunan bu maddeler başlıca dört grupta toplanabilirler. Bunlar; çözünmüş organik maddeler, çözünmüş inorganik maddeler, çözünmüş atmosferik gazlar ve asılı halde bulunan parçacıklardır. Deniz suyunun mevcut bileşimi bu ortamda oluşan kimyasal, biyolojik ve fiziksel olaylara bağlı olarak değişebilir. Çok geniş hacim ve alana sahip okyanus ve denizlerde devamlı olarak gelişen fiziksel, kimyasal ve biyolojik olaylar bu ortamın yapısı üzerinde de önemli etkilere sahiptirler. Bu olaylara örnek olarak; atmosfer ve okyanuslar arasındaki ilişkiler, çeşitli maddelerin çözünürlük derecesi, aneorobik bakterilerin indirgenmesi, okyanus suyu ve dibi arasındaki ilişkiler ve çökelim olayları, tuzların oluşum ve çözünürlükleri, çeşitli elementlerin konsantrasyonunu kontrol eden ve etkileyen olaylar, tatlı suların etkisi ve biyolojik olaylar gösterilebilir (Stowe,1979). Deniz suyu bileşimi üzerinde bitkisel ve hayvansal organizmaların önemli etkilere sahip oldukları bilinmektedir. Bitkisel formlar, biyokimyasal dolaşımın bir bölümünü oluşturan fotosentez ve solunumları sırasında yüzey sularının oksijen ve karbondioksit içeriğini devamlı olarak değiştirirler. Fotosentez süresince karbondioksit tüketilip oksijen üretildiğinden yüzey sularının oksijence zenginleşmesi sağlanırken dip suları ise hayvanların solunumu ve oksidasyon olayları sonucu oksijen yönünden fakir kalır. Biyokimyasal dolaşımda etkin olan diğer önemli elementlere örnek olarak karbon, azot, fosfor, silis vb. gösterilebilir. Bu elementler, denizel bitkilerin gelişim periyodunda organik maddeyi oluşturmak üzere sudan alınırlar; buna karşın artık ürün veya organik maddenin ayrışımı ile suya verilirler. Bununla beraber organik maddelerin deniz dibindeki birikimleri çok azdır; zira ya ayrışır veya su içindeki çökmesi sırasında dip hayvanları tarafından besin olarak kullanılırlar. Besleyici elementlerin vertikal ve horizontal yöndeki dağılışları incelendiğinde biyokimyasal olaylar nedeni ile geniş farklılıklar gösterdikleri görülür. Ayrıca bazı organizmaların bazı elementleri bünyelerinde biriktirebildikleri veya çeşitli atıklarıyla suya bıraktıkları da bilinmektedir. Dolayısıyla bu elementlerin deniz suyundaki konsantrasyonları ortamdaki organizmaların aktivitelerine bağlı olarak değişimler gösterebilmektedir. Deniz sularının tuz içeriği o bölgedeki buharlaşma ve yağış miktarına bağlı olarak değişimler gösterir. Buharlaşmanın fazla olduğu suptropikal bölge yüzey sularının tuzluluğu oldukça yüksektir. Akıntı, dalga ve denizlerde oluşan diğer karışımlar, deniz suyunun içerdiği elementleri bir bölgeden diğer bölgeye taşırlar. Bu nedenle özellikle yüzey suları çeşitli fizikokimyasal özellikleri yönünden benzerlik gösterirler. 1.3. Deniz Suyunun Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Deniz suyu %96.5 saf su ve %3.5 tuzlar, çözünmüş gazlar, organik maddeler ve çözünmemiş partiküllerden meydana gelmiştir. Deniz suyunun fiziksel özelliklerini esas olarak %96.5 oranında bünyesinde bulunan saf su belirler. Bu nedenle deniz suyunun özelliklerini anlayabilmek için su kimyası hakkında bazı bilgilere sahip olmak gerekir. Bir su molekülü iki Hidrojen ve bir Oksijen atomunun aralarında kovalent bağ yapmalarıyla oluşmuş dipol bir moleküldür. Bitişik su molekülleri zayıf iyonik bağlarla (%6) birbirini etkiler. Su molekülü zincirleri sıcaklık azalmasıyla büyür ve molekül zincirlerindeki bu büyüme yüksek yüzey gerilimine neden olur. Su sıcaklık azaldıkça standart atmosfer basıncında 3.98ºC ye kadar yoğunluk artışı eğilimi gösterir. Daha düşük sıcaklıklarda bu zincirler kırılır ve yoğunluk tekrar azalır (Stewart, 2002) (Şekil 3).

4 Buz Su Buz Şekil 3. Su moleküllerinin sıcaklığa bağlı geometrisi Deniz suyu tuzlu sudur ve tuzluluk binde birim (ppt: parts per thousand) olarak ifade edilir. Tuzluluğu etkileyen bütün olaylar iyonları da aynı şekilde etkilediği için iyonların oranı çoğunlukla sabit kalır. Yalnızca biyolojik olaylarda rol oynayan Ca +2 gibi küçük iyonlar bu kuralın dışında kalırlar (Knauss, 1997). Tablo 1. Çeşitli iyonların deniz suyunda bulunma oranları (%) Element İyon Bulunma % si Klorür Cl 55.04 Sodyum Na + 30.61 Sülfat SO 4 7.68 Magnezyum Mg ++ 3.69 Kalsiyum Ca ++ 1.16 Suyun sıkıştırılabilme özelliği çok düşüktür. (Okyanus dibinde yaklaşık %3) Sıkıştırılabilme özelliği düşük olduğu için yerinde yapılan sıcaklık ölçümü ile potansiyel sıcaklık ölçümü yalnız 2000m derinlikten sonra farklılık gösterir. Yine de yoğunluğun sıcaklık, tuzluluk ve basınca bağlı ilişkileri lineer değildir. Bütün sıcaklık değerlerinde tuzluluğun artması ile yoğunluk artar ancak bu artış çok düşük sıcaklıklarda biraz etkilenir. Tipik okyanus yoğunlukları 1 g/cm 3 civarındadır. Yoğunluk değişimleri çok küçük değerler olduğu için genellikle yoğunluk yerine Sigmat değeri kullanılır. Deniz suyu çeşitli dalga boyundaki ışınları geçirir. Temiz bir deniz suyu maviyeşil dalga boyundaki ışınları 50 metre veya daha derinlere kadar geçirebilme yeteneğine sahip iken kırmızı ışığı birkaç metre derinlikten aşağıya geçirmez. Deniz suyundaki bulanıklık ışık geçirgenliğini azaltır. Deniz suyunun akustik özelliği askeri önemi nedeniyle büyük önem taşımaktadır. Sesin havadaki hızı 345 m/sn iken deniz suyunda ortalama ses hızı 14001500 m/sn civarındadır. Balinalar birbirleriyle binlerce mil uzaklıklardan haberleşmede bu avantajı kullanırlar. Sesin hızı sıcaklık ve basınç artışıyla artar (Knauss, 1997).

5 1.3.1. Sıcaklık Sıcaklık, sularda tabakalaşmaya neden olmasından dolayı canlılar üzerinde direkt veya indirekt etkiler göstermektedir. Canlılar için maksimum, optimum ve minimum olmak üzere üç önemli sıcaklık olduğu bilinmektedir. Sıcaklık istekleri bakımından canlılar; euryterm ve stenoterm olarak iki grupta toplanmaktadırlar. Euryterm olanlar çok geniş sıcaklık değişimlerine tahammül etmektedirler. Stenotermler ise dar bir sıcaklık değişimi içinde yaşayan organizmalardır. Örneğin soğuk su balıkları 15 o C veya daha düşük, ılık su balıkları 1520 o C arası, sıcak su balıkları ise 20 o C nin üzerindeki su sıcaklıklarına ihtiyaç duyarlar. Su sıcaklığı balıkların biyolojik, fizyolojik aktivitesine ve üremeleri üzerine etki eder. Bütün balıkların faaliyetleri sıcaklığın belirli bir dereceden aşağıya düşmesiyle azalır. Sıcaklıkta meydana gelen ani değişmeler balıklarda ölümle sonuçlanabilecek streslere neden olur. Diğer fiziksel faktörlerden hiçbirisi balıkların büyümesi ve gelişmesi üzerine sıcaklık kadar etki yapmamaktadır. Balıklarda metabolizma hızı sıcaklık artışıyla hızlı bir şekilde artmakta, sıcaklık düşmesi durumunda ise balıkların oksijen ve yiyecek talepleri azalmaktadır. Yumurtlama ve yumurtadan çıkış gibi birçok biyolojik prosesin yıl içinde oluş zamanı çevre sıcaklığı tarafından etkilenmektedir. Balık türleri belirli sınırlar arasındaki sıcaklıkları tolere edebilmektedirler. Balıklar gibi; hastalık yapan organizmalarda gelişebilmeleri için optimum sıcaklıklara ihtiyaç duymaktadırlar. Pek çok kimyasal madde sıcaklık arttıkça daha hızlı bir şekilde suda çözünmektedir, fakat gazlar örneğin oksijen, nitrojen ve karbondioksit daha az çözünmektedirler. Yüksek sıcaklıklarda çözünmüş oksijen azalması nedeniyle solunum güçlükleri görülür. Sıcaklık değiştikçe suyun yoğunluğu da değişmekte ve +3.98 o C de suyun yoğunluğu maksimum olmaktadır. Su buz halini aldığında özgül ağırlığı aniden %9 oranında azalmakta ve oluşan buz su yüzeyinde yüzmektedir. Eğer su, sıcaklığı azaldıkça yoğunluğu artan diğer sıvılar gibi olsaydı, soğuk sular dibe kadar iner, kışın şiddetli soğuklar esnasında nehir ve göllerin donmaları dipten başlayarak satıha kadar devam ederdi (Yanık ve Atamanalp, 2001). Denizlerde su kolonundaki sıcaklık değişimi incelendiğinde yüzey tabakada sıcaklıkta belirgin bir azalma, daha sonraki derinliklerde ise belirgin bir değişim gözlenmemektedir. Çünkü bu derinliklere, suların ısınmasına ve soğumasına tesir eden faktörler ile ışınlar etkili olamaz (Yaramaz, 1992). Sıcaklık, deniz suyunun birçok fiziksel hatta kimyasal özelliği üzerinde önemli etkilere sahiptir. Örneğin su yoğunluğu ve bunun değişimi sonucu oluşan akıntılar sıcaklık ve tuzluluk değişimlerine bağlı olarak gelişir. Bunun gibi denizlerde gözlenen birçok fiziksel ve kimyasal olayla sıcaklık ve tuzluluğun yakın ilişkisi vardır. Sıcaklık değerleri; alkalinitenin çeşitli formlarının hesaplanmasında, CaCO 3 dengesi ve doygunluğu ile ilgili çalışmalarda, tuzluluk hesabında ve genel laboratuar çalışmalarında kullanılır. Oşinografik çalışmalarda sıcaklığa derinliğin bir fonksiyonu olarak ihtiyaç duyulur. Limnolojik ve oşinolojik çalışmalarda çeşitli derinliklerde sıcaklık ölçümleri için reversing termometre, termofon veya termistor kullanılabilir. Denizlerde sıcaklık ölçümü için kullanılan enterpolasyon cihazları genellikle platin resistanslı termometrelerdir. Bu termometreler sıcaklığın fonksiyonu olarak bir direnç gösteren saf platin tel içerirler. Eğer derinden alınan suyun sıcaklığı yüzeyde ölçülürse düzeltme faktörü kullanılmalıdır. l l l l ( T t)( T + v0) ( T t)( T + v0) T = x 1 + + L K K Burada; ( T: Ham değeri düzeltmek için eklenmesi gereken cebirsel düzeltme değeri, T ı :Yüzeyde ölçülen sıcaklık, t:termometre ile derinde ölçülen sıcaklık değeri, v 0 : Kapilerin

6 sonunda 0 C çizgisindeki küçük haznenin hacmi, K:Civa ve camın termal genleşmesine bağlı sabit, L:Termometrenin T l ne bağlı kalibrasyon faktörü) dür. Sıcaklık ölçümü için birçok fiziksel yöntem vardır. Ancak bu yöntemlerden yalnızca birkaçı mutlak sıcaklık ölçmek için kullanılabilir. Sıcaklığın birimi K ile gösterilen Kelvin dir ve Kelvin sıcaklığı (T), Celsius sıcaklığına (t); t( C)= T(K) 273.15 bağıntısı yardımıyla çevrilebilir (Lenore; Arnold; Andrew, 1998) 1.3.1.1. Okyanus ve Denizlerde Sıcaklık Değişimi Okyanus ve deniz sularının ısınmasında etkin olan başlıca etkenler; güneş ışınlarının soğurulması, yerin iç ısısının okyanus tabanında konveksiyonla alınması, kinetik enerjinin ısıya dönüşmesi, su buharının yoğunlaşmasından oluşan ısı ile kimyasal ve biyolojik olaylar sonucu oluşan ısıdır. Bununla beraber bunlardan konveksiyonla okyanus tabanından gelen ısı miktarının fazla olmadığı ve yılda 5080 g cal/cm 3 olduğu; kuvvetli gelgit akıntıları sonucu oluşan kinetik enerjinin oldukça bölgesel olduğu; kimyasal ve biyolojik olaylar sonucu oluşan ısı enerjisinin de düşük olduğu bulunmuştur. Aynı şekilde atmosferden konveksiyonla ısı alımı da büyük değildir; zira atmosferin alt tabakalarının deniz yüzeyinden daha sıcak olması hali az rastlanan bir olaydır. Bu açıklamalardan da anlaşılabileceği gibi okyanus ve deniz sularının sıcaklığını kontrol eden en önemli etken güneş ışınları olmaktadır. Bu ışınların önemli bir bölümü denizler tarafından soğurulur, fakat soğurulma miktarı denizin sakin veya çalkantılı olma durumuna göre değişimler gösterir. Diğer bir deyişle gelen ışınların bir bölümü denizin durumuna bağlı olarak geriye yansıtılır. Bununla beraber, denizlerin albedosu düşük olduğundan yansıma yoluyla olan ısı kaybı da oldukça düşüktür. Okyanus ve deniz sularının ısı kaybına neden olan başlıca etkenler ise deniz yüzeyinden yansıma, buharlaşma ve atmosfere bağlı ısı konveksiyonlarıdır. Okyanuslar belli zamanlarda bir ısı kaynağı gibi davranarak etraflarına ısı verirler. Bu ısı miktarı yüzey suları sıcaklığına ve havanın nispi nemine bağlı olarak değişir; sıcaklığın artışı ve nispi nemin düştüğü oranda verilen ısı miktarı artar. Denizler atmosfere konveksiyon yoluyla da bir miktar ısı verirler; bu olay denizlerin atmosferden daha sıcak olduğu zamanlarda oluşur. Nihayet buharlaşma olayı okyanuslara ısı kaybettiren en önemli olaydır. Gerçekte okyanusların kazandığı enerjinin yarısından fazlası atmosfere buharlaşma yolu ile iade edilir. Okyanuslarda izlenen bu ısı alışverişi miktarı bölgesel olarak değiştiği gibi mevsimsel olarak da değişebilmektedir. Bölgesel değişimlerde güneş enerjisi 25 kuzey ve güney enlemleri arasında daha etkin olup, bu enlemlerden sonra ise atmosferle olan alış verişin etkisi daha fazladır. Bu ilişkiler çerçevesinde okyanus yüzey sularının ortalama sıcaklığı 17.5 C, karasal ortamınki ise 14.5 C civarındadır. Ayrıca okyanuslarda en fazla sıcaklık değişimleri orta enlemlerde olduğu halde karasal ortamlardaki en fazla değişimlere kutup bölgelerinde rastlanmaktadır. Ortalama 17.5 C sıcaklığa sahip okyanus yüzey sularının sıcaklığı 2 C ile 28 C arasında değişmektedir. Okyanus suları yüzey sıcaklığının günlük değişimleri, güneş ışınlarının şiddeti ve müddeti ile suların karışım durumuna bağlıdır. Genellikle günlük değişimler yüksek enlemlerde ve derin suların yüzey tabakalarında çok düşük olduğu halde, bu değişimler sığ sahil sularında daha yüksektir. Örneğin, kutuplara yakın bölgelerde 0.30.5 C lik maksimal bir değişime karşın, sahillerdeki az derin sakin sularda bu değişim 23 C ye erişir. Sahillerde veya açık sularda gözlenen bu günlük değişimlerin pratik olarak okyanuslardaki biyolojik, fiziksel ve kimyasal olaylar üzerinde etkili olmadığı saptanmıştır. Okyanus suları yüzey sıcaklıklarının yıllık değişimleri, güneş ışınlarının mevsimsel değişimine, okyanus ve atmosfer arasında oluşan ısı alış verişini etkileyen hakim rüzgarlara

7 ve okyanuslardaki mevcut akıntılara bağlıdır. Bu değişimler kutup ve ekvatorial bölgelerde düşük (genellikle 2 C, bazen 8 C) olmakla beraber ılıman bölgelerde ve karalarla çevrili bölgelerde (Baltık Denizi, Karadeniz, Adriatik Denizi, İran Körfezi) oldukça yüksek (10 20 C) değerlere ulaşır (Kocataş, 1986). Genellikle tüm okyanus sularında yüzeyden dibe doğru sıcaklık azalması mevcut olup, bu azalma 2830 C den 1 C ye kadar olmaktadır. Bu değişimler kutup bölgelerinde ya çok zayıf yada hemen hemen sıfır değerinde olmasına karşın, sıcak bölgelere yaklaştıkça maksimuma ulaşır. Ekvatorun çevresinde ve ılıman bölgelerde yapılan incelemelerde derinliğe bağlı olarak sıcaklığın tabakalaşmalar gösterdiği ve bununla ilgili olarak yüzeyden dibe doğru yüzeysel tabaka, geçiş tabakası ve derin su tabakası olmak üzere üç tabakanın mevcut olduğu saptanmıştır. Yüzeysel Tabaka: Bu tabakaya deniz troposferi adı da verilir. Kalınlığı hiçbir zaman 100m yi geçmez. Güneş ışınlarının atmosferle olan ısı alış verişinin ve rüzgarın oluşturduğu karışımların etkisinde bulunan bir tabakadır. Kışın sıcaklık yönünden az çok homojen olan bu ince yüzeysel tabakada yazın mevsimsel termokline rastlanır (Şekil 4). Şekil 4. Sıcaklığın derinliğe bağlı tabakalaşması [Kış (A), İlkbahar (B,C), Yaz(D)] Şekil 4 ten de anlaşılacağı gibi kışın bu tabaka hemen hemen isotermdir. İlkbaharda ise güneş enerjisinin absorbsiyonuyla yüzey sıcaklığı artar ve yüzeyde mevsimsel termoklin görülür. Bu termoklinin eğimi, yüzey sularının ani ısınmasına ve denizin sakin oluşuna paralel olarak artar. Diğer bir deyişle sakin ve çabuk ısınmış sularda bu eğim çok fazladır. Bununla beraber rüzgar etkisiyle bu eğim azalabilir. Mevsimsel termoklin özellikle yaz mevsiminde iyi gelişir ve yüzey sıcaklık değişimlerinin fazla olduğu yörelerde yaz termoklini ancak 15 m derinliğe kadar yayıldığı halde, yüzey sıcaklık değişimlerinin düşük olduğu yörelerde 50 metreden daha derine indiği bilinmektedir. Yaz sonunda termoklin gelişmesinin sonu olduğu düşünülebilir. Aslında karışım olayları azalır ve dolayısıyla termoklinin gelişimi de durur. Sonbaharda tekrar soğuyan yüzey sularının yoğunluğu artar, tabakalaşma daha az sabitleşir ve konveksiyonla alış veriş başlar ve termoklin de düzenli olarak yüzeye çıkar.

8 Geçiş Tabakası: Sıcaklığın bazı zamanlarda aniden 20 C den fazla değiştiği yani takriben 5 C ye kadar indiği tabakadır. Bu tabakaya devamlı termoklin adı verilir. Ekvatorial bölgelerde sıcaklık değişimlerinin her metredeki değeri 0.4 C geçebilir ve en az 100 m derinlikte bulunur. 15 enlemlerden sonra gelen enlemlerde ise bu değer metrede 0.05 C olabilir ve çoğunlukla 100200m arasındaki bir derinlikte rastlanır. 50 enlemlere doğru ise termoklin tekrar yüzeye çıkar. Derin Sular: Bu tabakaya deniz stratosferi adı da verilir. Suları soğuk olan bu tabakada sıcaklık 25 C arasında değişmekle birlikte ortalama sıcaklık 3.8 C olarak bulunmuştur. Kutup bölgelerinden gelen bu serin sular okyanusların büyük bir kısmını oluştururlar. Sıcaklığın derinliğe bağlı değişimleri üzerinde yapılan gözlemlerde, sıcaklığın bazı hallerde derinliğe paralel olarak ağır fakat düzenli bir şekilde arttığı izlenmiştir. Bu artış okyanus kabuğundan suya geçen ısı akışı etkisinden olmayıp derinliğe paralel olarak artan sıkışmanın bir sonucudur. Aynı olay atmosferde de gözlenebilir. Örneğin, atmosferdeki hava yükselip genişlerse veya alçalarak sıkışırsa Adyabatik Isınma veya Adyabatik Soğuma ile sıcaklık değişimleri sudakinden çok daha fazla olur. Okyanuslarda ise Adyabatik ısınma çok önemsiz olup, 1000 metre derinliğe indirilmiş bir su kütlesinde ancak derecenin %1 inden daha az bir ısınma olur. Örneğin, büyük okyanus havzalarında 5000 metre derinlikte adyabatik ısınma 0.5 C civarında, 10000 metrede ise 1 C kadardır. Eğer bu derinlikteki su kütlesi yüzeye çıkarılacak olursa aynı oranda soğuyacaktır. İşte derinliğe bağlı adyabatik ısınma nedeniyle doğada gözlenmiş sıcaklıklarda yapılan düzeltmelerden sonraki sıcaklığa potansiyel sıcaklık adı verilir (Kocataş, 1986). 1.3.2. Tuzluluk Yeryüzünde bulunan en önemli ve en büyük su kütleleri, dünyanın su varlığının %93.94 lük kısmını oluşturan denizler ve okyanuslardır. Deniz suyunu diğer sulardan ayıran en önemli özellik, nehir ve yağış sularıyla karalardan taşınan çözünmüş maddelerden meydana gelen tuzluluktur. Tuzluluk (salinite), en basit şekilde 1 kg deniz suyunda çözünmüş olarak bulunan toplam madde miktarının gramı olarak tanımlanır. Deniz suyunun bir çok fiziksel özelliği tuzluluğa bağlı olarak değişimler göstermektedir. Örneğin, tuzluluk artışına paralel olarak deniz suyunun yoğunluğu, molekül viskozitesi, elektrik iletkenliği ve osmotik basıncı artarken; spesifik ısısı, donma noktası ve ısı iletkenliği azalmaktadır. Tuzluluk derecesi, buharlaşma, deniz suyunun donması ve vertikal karışımlar ile artarken; yağışlar, buzların çözülmesi, daha az tuzlu derin su tabakalarıyla olan vertikal karışımlar ve özellikle kıyı bölgelerindeki sularda etkili olan nehir sularının karışımları ile azalarak çok değişiklik arz etmektedir. Marmara sularıyla beslenen Kuzey Ege de tuzluluğun 37, Güney Ege nin her noktasında 38.8, geniş havzalı ve yüksek debili nehirlerle beslenen Karadeniz de ise 17 olduğu bilinmektedir. Karadeniz de bu oranın düşük olmasına bölgenin ikliminin etkisi oldukça fazladır. Bu denizde buharlaşmadan dolayı su kaybı diğerlerine oranla daha düşüktür. Dünya denizlerinin okyanuslar dahil ortalama tuzluluğu ağırlıkça 34.7 dir. Yani 1000 gramında 34.7 g çözünmüş madde bulunmaktadır. Ancak deniz sularının (tipik deniz suyu) 1000 gramında 35g tuz bulunduğu ( 35) farz edilmektedir. Tipik tuzlulukta deniz suyunun bileşimi Tablo 2 de verilmektedir. Tablodaki bileşikler 1kg suda çözündürülerek sentetik deniz suyu elde edilmektedir (Yanık ve Atamanalp,2001).

9 Tablo 2. Sentetik deniz suyu kompozisyonu (Müezzinoğlu, 1987 ) Element Miktar (g) Element Miktar (g) NaCl 23.45 NaHCO 3 0.192 MgCl 2 4.48 KBr 0.096 Na 2 SO 3.92 H 3 BO 3 0.026 CaCl 2 1.10 SrCl 2 0.024 KCl 0.66 NaF 0.003 Denizlerde suyun çözünmüş tuzlara oranı değişiklik arz etmesine rağmen, major elementlerin deniz sularındaki oranları hemen hemen sabittir. Çözünmüş maddelerin %99.28 ini major elementler teşkil etmektedir. Deniz suyunda bulunan iyon halindeki çeşitli elementler ve miktarları Tablo 3 de verilmektedir. Tablo 3. Deniz suyunda bulunan çözünmüş maddeler (Thurman, 1988) Major elementler (>100 ppm ) Minör elementler (1 100 ppm ) İz elementler (<1 ppm ) Klor (Cl ) 55.04 Bromin 65 Nitrojen Sodyum (Na + ) 30.61 Karbon 28 Lityum Sülfat (SO 2 4 ) 7.68 Stronsiyum 8.0 Rubityum Magnezyum (Mg +2 ) 3.69 Bor 4.6 Fosfor Kalsiyum (Ca +2 ) 1.16 Silikon 3.0 İyodin Potasyum ( K + ) 1.10 Florin 1.0 Demir Toplam 99.28 Çinko Molibden Tuzlu suların iyon konsantrasyonunun %55.04 ünü klor iyonu oluşturmasına karşın, tatlı suların karbonatlı olduğu, bu sularda fazla miktarda kalsiyum (%20.39) ve karbonat bulunduğu (%35.15) kaydedilmektedir (Tablo 4). Tablo 4. Tatlı ve tuzlu su bileşenlerinin karşılaştırılması (% V/V TOP ) (Schwoerbel,1987) Deniz suyu Tatlı su (Nehir suyu ) CO 2 3 (HCO 3 ) 0.41 35.15 2 SO 4 7.68 12.14 Cl 55.04 5.68 NO 3 0.90 Ca +2 1.15 20.39 Mg +2 3.69 3.41 Na + 30.62 5.79 K + 1.10 2.12 (Fe,Al) 2 O 3 2.75 SiO 2 11.67 Sr +2, H 3 BO 3, Br 0.31 Tuzluluğun en basit şekilde 1 kg deniz suyunda çözünmüş olarak bulunan toplam madde miktarının gramı olarak tanımlandığı yukarıda belirtilmişti. Çözünmüş tuz miktarı çok küçük olduğu için tuzluluk ölçümleri çok dikkatlice yapılmalıdır. Bunun önemini anlamak için şu örneği inceleyelim; okyanuslarda tuzluluk 34.6034.80 arasında olduğunda bu ikisi arasındaki fark milyonda 200 gibi bir değerdir. Bu değer Kuzey Pasifik te daha küçük olup

10 milyonda 20 civarındadır. Eğer sular tuzlulukları farkı ile sınıflandırılmak istenirse tuzluluk belirlemesinde cihazların duyarlılığının yaklaşık olarak milyonda 1 düzeyinde olmasına ihtiyaç duyulur. Sıcaklık aralığının daha büyük olduğu (yaklaşık 1 C) ve sıcaklık ölçümünün daha kolay olduğu düşünülürse konunun önemi daha iyi anlaşılacaktır. Başlangıçta tuzluluk 1 kg deniz suyunda çözünmüş olarak bulunan madde miktarının gramı olarak tanımlanmış ancak bütün çözünmüş materyal miktarını ölçmek pratikte mümkün olmadığı gerekçesiyle bunun çok kullanışlı bir tanım olmadığı kanaatine varılmıştır. Gazlar gibi uçucu materyallerin miktarının ölçülmesi, deniz suyunun buharlaştırılması veya kurutulması ile kurutma basamaklarında kaybolan klorür miktarının hesaplanmasındaki zorluklar gerekçelere örnek olarak gösterilmiştir. Bu güçlüklerden kurtulmak için Uluslararası Deniz Araştırmaları Konseyince 1889'da kurulan bir komisyon tarafından tuzluluk; bütün karbonatlar yükseltgendiği, bromür ve iyodür ün klorür e dönüştürüldüğü ve bütün organik maddelerin tamamen yükseltgendiği 1 kg deniz suyunda çözünmüş olan toplam katı materyal miktarının gramı olarak tanımlanmıştır. Bu tanımın faydalı olmasına rağmen rutin olarak kullanılmasının zor olduğu görülmüştür. Yukarıdaki tanımlamanın pratikte uygulanmasının zorluğu, deniz suyundaki Cl miktarı ile tuzluluğun direkt orantılı olması ve Cl miktarının basit kimyasal analizlerle doğru ölçülebilmesinden dolayı tuzluluk (S) klor oranları kullanılarak yeniden tanımlanmıştır. S = 0.03 + 1.805 Cl Burada Cl; 0.3285234 kg deniz suyu örneğindeki halojenleri tamamen çöktürmek için gerekli olan Ag miktarı olarak belirlenmiştir. 1964' de UNESCO ve diğer uluslar arası kuruluşlar tarafından oşinografik tablolar ve standartlar konulu bir panel düzenlenmiştir. Bu panelin amacı daha doğru tanımların üretilmesi olmuş ve 1966' da bu panel sonucunda tuzluluk ve klor oranı arasındaki ilişki kullanılarak aşağıdaki bağıntı elde edilmiştir (Pinet, 1998). S = 1.80655 x Cl Aynı zamanlarda oşinograflar iletkenlik ölçüm cihazlarını tuzluluk ölçümü için kullanmaya başlamış, bu cihazlarla çok doğru ölçümler alınabildiği ve klor ölçümlerinde kullanılan kimyasal yöntemlerle karşılaştırılmasının oldukça kolay olduğu ortaya çıkmıştır. Sonuç olarak komite tuzluluk ile iletkenlik arasındaki ilişkiyi kullanarak deniz suyundaki tuzluluğu; S=0.08996+28.29729R 15 +12.80832R 2 15 10.67869R 3 15 +5.98624 R 4 5 15 1.32311R 15 olarak tanımlamıştır. Burada iletkenlik oranı R T ; C ( S,15,0) RT = ile gösterilir. C (35,15,0) C (S,15,0) 15 0 C de, atmosfer basıncında yukarıdaki bağıntıdan türetilen S tuzluluğa sahip deniz suyunun iletkenliği ve C (35,15,0) ise standart Copenhagen standart deniz suyunun iletkenliği ve R T iletkenlik oranıdır. 1970 lerde gemilerde kullanılabilen ve derinlerdeki iletkenliği ölçebilen hassas iletkenlik ölçüm cihazları geliştirilmiştir. 1978'de uluslararası bir panelde tuzluluğun belirlenmesinde yalnızca iletkenliğin kullanılması gerektiği ve klor oranı ile bağlantısının bırakılarak tuzluluk skalasının yeniden düzenlenmesi savunulmuştur. Aynı iletkenlik oranına sahip olan suların aynı tuzluluğa sahip olduğu belirtilerek 1978'de resmi pratik tuzluluk skalası olarak aşağıdaki eşitlik kullanılmaya başlanmıştır.

11 C C S =0.0080 0.1692R T 1/2 +25.3851R T +14.0941R T 3/2 7.0261R T 2 +2.7081R T 5/2 + S ( S, T,0) R T = 2 S 42 ( KCl, T,0) (T 15) S = 1/2 3/2 (1+ 0.0162(T 15) + 0.0005 0.0056RT 0.0066 RT 0.0375RT + 0.636 R 2 T 0.0144R 5/2 T ) Burada C (S, T, 0) standart atmosfer basınç ve T sıcaklıktaki deniz suyunun iletkenliği ve C (KCl, T, 0) ise standart atmosfer basınç ve T sıcaklıktaki standart KCl solüsyonunun iletkenliğidir. (Standart KCl çözeltisi 1 kg çözeltide 32.4356 g KCl içerir) (Fofonoff; Millard, 1983). Sonuç olarak daha önce hidrometrik ve arjentometrik metotlarla ölçülen tuzluluk son yıllarda yüksek duyarlık ve hassasiyetleri nedeniyle iletkenlik ve yoğunluk metotları kullanılarak ölçülmektedir. İyi bir ölçüm için salinometre veya densimetre, KCl standardı veya standart deniz suyuna karşı kalibre edilmelidir. Böylece ± 0.01 birim hassasiyetle tuzluluk ölçümü mümkündür. 1.3.2.1. Okyanus ve Denizlerin Tuzluluğuna Etki Eden Faktörler Deniz suyunun birçok fiziksel özelliği tuzluluğa bağlı olarak değişimler gösterebilir. Diğer bir deyişle, tuzluluk artışına paralel olarak deniz suyunun yoğunluğu, molekül viskositesi, elektrik iletkenliği ve osmotik basıncı arttığı halde, spesifik ısısı, donma noktası sıcaklığı ve ısı iletkenliği azalır. Bu nedenle tuzluluk bir kimyasal özellik olmasına rağmen okyanuslardaki dağılışı fiziksel oşinografi bölümünde incelenir. Örneğin, fiziksel oşinografinin önemli bir bölümünü oluşturan okyanus akıntılarını inceleyebilmek için yoğunluk dağılışını bilmek gereklidir. Suların yoğunluğu ise sıcaklık ve tuzluluğa bağlı olarak değişir. Yüzey tuzluluğunu artıran faktörlerin başında; buharlaşma, deniz suyunun donması ve vertikal karışımlar, tuzluluğu azaltan etkenlerin başında ise yağışlar, buzların çözülmesi, daha az tuzlu derin su tabakaları ile olan vertikal karışımlar ve özellikle kıyı bölgelerindeki sularda etkili olan nehir sularının karışımları gelir. Bununla birlikte yapılan gözlemlerde tuzluluk değişimlerinin, özellikle buharlaşma ile yağış farkındaki değişimlere az çok paralel olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle, yüzey tuzluluğunun; buharlaşmanın yağışlardan daha çok etkili olduğu subtropikal bölgelerde en yüksek değerde, yağışların buharlaşmadan daha önemli olduğu ekvator ve yüksek enlemlerde ise en düşük değerde olduğu görülür. Okyanuslarda yüzey isohalinlerinin dağılışı az çok bölgesel olma eğilimindedirler. Tuzluluğu düşük bölgelerin başında yağışların çok etkin olduğu ekvator bölgesi (Bengal, Gine, Panama Körfezi, GüneyDoğu Asya), büyük nehirlere sahip kıyı bölgeleri (Amazon Ağzı, Karadeniz, Baltık Denizi vb.) Arktik Okyanusu ve bitişik denizleri gösterilebilir. Buna karşın yüzey tuzluluğu yüksek olan bölgelerin başında buharlaşmanın yağıştan çok daha etkin olduğu Akdeniz, Kızıl Deniz, Atlantik ve Hint Okyanuslarının subtropikal bölgeleri gelir. Okyanusların yüzey suyu tuzluluğundaki günlük değişimler ya hiç yoktur yada çok düşük değerdedir. Zira yağış ve buharlaşma rejimlerindeki günlük değişimler çok düşük düzeydedir. Bununla birlikte güneşin yüksekliğine paralel olarak düşük de olsa yüzey suları tuzluluğunda bir artış görülebilir. Ancak bazı bölgelerde sağanak halindeki yağışlardan sonra yüzey suları tuzluluğunda önemli azalmalar olursa da yağıştan birkaç saat sonra bu azalma vertikal karışımlarla ortadan kalkar.

12 Yüzey suları tuzluluğunun mevsimsel değişimleri de genellikle çok zayıf olup bu değişimin %10 u geçmediği görülmüştür. Ancak bazı bölgelerde daha yüksek tuzluluk değişimlerine rastlanabilir. Örneğin, subpolar bölgelerde yazın buzların erimesi tuzluluk değerinin bariz şekilde yükselmesine neden olur. Ayrıca yıllık yağış değişimlerinin yüksek olduğu bölgelerde (Bengal Körfezi, GüneyDoğu Asya Bölgesi, Panama Körfezi ve Pasifik in KuzeyDoğu Bölgesi) de tuzluluk değişimlerinin yüksek olduğu saptanmıştır. Debisinde önemli yıllık değişimler gösteren nehirlerin ağız kısımlarına yakın yerlerde de önemli tuzluluk değişimleri izlenebilir (Kocataş, 1986). Tuzluluğun derinliğe bağlı değişimleri, sıcaklığa göre daha karmaşık ve daha düzensizdir. Ancak sıcaklık yönünden olan tabakalaşmaya paralel olarak tuzluluk yönünden de vertikal yönde üç tabaka ayırt edilebilir. Bunlar Yüzeysel Tabaka, Haloklin Tabaka ve Derin Su Tabakasıdır. Kalınlığı 3040 metreyi bulan ve su hareketlerinin etkisinde olan yüzeysel tabakanın tuzluluğu, sıcaklıkta olduğu gibi yeknesak bir durum gösterir. Bu su tabakasının altında ise tuzluluk, derinliğe bağlı olarak önemli değişimler gösterir. Tuzluluk değişimlerinin önemli olduğu bu tabakaya Haloklin Tabakası adı verilir. Bu tabakanın altında ise tuzluluk değişimleri çok düşük düzeydedir ki bu tabakaya da Derin Su Tabakası adı verilir. Tuzluluğun vertikal dağılışına paralel olarak izlenen bu tabakaların kalınlığı bölgesel olarak değişebilir. En geniş yüzeysel tabakaya ekvator çevresinde, en dar tabakaya ise kutuplarda rastlanır. 1.3.3. Yoğunluk Bir cismin kütlesinin birim hacmine oranına yoğunluk veya özkütle denir ve ρ=m/v ile gösterilir. Maksimum yoğunluk saf su için +3.98 o C olduğu halde, tuzlu sularda daha düşük derecelerdedir. Tuzluluk oranı arttıkça maksimum yoğunluk için gerekli olan sıcaklık derecesi düşmektedir. Diğer taraftan suyun donma noktası da tuzluluk arttıkça sıfırın altına düşmekte, böylece deniz suyunun donması güçleşmektedir (Kocataş,1986). Deniz suyunun yoğunluğu, esasen sıcaklığa, tuzluluğa ve basınca bağlı olarak devamlı değişmekte olup, genelde 1.0 g/cm 3 ten biraz büyüktür. Yoğunluk, tuzluluk ve sıcaklığın etkisi altında derinliğe bağlı olarak ta değişmektedir. Yoğunluk üzerine sıcaklığın etkisi tuzluluktan daha fazladır. Bu sebeple tuzluluğu yüksek ılık su kütlesi, tuzluluğu düşük soğuk su kütlesinin üzerinde bir tabaka olarak kalabilir. Kirlenen suların fiziksel ve kimyasal özellikleri dolayısıyla yoğunlukları da değişmekte ve yoğunlukları genellikle artmaktadır (Yanık ve Atamanalp, 2001). Yoğunluk, deniz suyunun en önemli özelliklerinden biridir ve deniz suyunda türbülans, tabakalaşma ve suyun dikey doğrultudaki hareketlerini etkilemektedir. Yoğunluğun derinlikle hızlı bir değişim gösterdiği tabakaya pinoklin tabakası adı verilir. Kış mevsimi boyunca yüzeyde oluşan soğuk su kendi yoğunluğuna ve daha derindeki suyun yoğunluğuna bağlı olarak derine iner. Bu sular daha sonra akıntılarla okyanus ve denizlerin diğer kısımlarına taşınırlar. Her zaman düşük yoğunluklu sular yukarıda, yüksek yoğunluklu sular ise aşağıda kalma eğilimindedir. Okyanuslardaki akıntıların dağılımı yoğunluk değerlerine bağlı basınç ile ilişkilidir. Eğer okyanus ve denizlerdeki suyun hareketi izlenmek isteniyorsa yoğunluk dağılımının bilinmesi gerekir.

13 Tablo 5. Su yoğunluğunun tuzlulukla ilişkisi Tuz Miktarı ( ) Birim Hacim Ağırlığı (kg/l) 4 o C de 0 1.00000 1 1.00085 2 1.00169 3 1.00251 14 1.00818 35 1.02822 Su kütlesinin hareketinin hesaplanabilmesi için milyonda birkaç kısım doğrulukla su yoğunluğunun ölçülmesi gerekir. Suyun mutlak yoğunluğu yalnızca çok özel laboratuarlarda en iyi doğrulukla 1/2.5x10 5 = 0.000004 olarak ölçülebilir. Pratikte yoğunluk direkt olarak ölçülmez ancak yerinde ölçülmüş olan basınç, sıcaklık ve iletkenlik kullanılmak suretiyle deniz suyu için belirtilen eşitlik kullanılarak hesaplanabilir. Bu şekilde 0.000002 doğrulukla yoğunluk hesabı yapılabilir. Mutlak yoğunlukla çalışmanın zorluklarından kurtulmak için oşinograflar saf suyun yoğunluğuyla ilişkili yoğunluğu kullanırlar. Yoğunluk ρ (S,t,p) çözünmüş atmosferik gazlarla doygun olduğu farz edilen ve genel bileşimi bilinen ortalama standart deniz suyu kullanılarak belirlenir. Deniz suyu yoğunluğunun 1.024001.03000 g/cm 3 arasında değiştiği gözlenmiştir. Sigmat oşinografide σ stp (s:tuzluluk, t:sıcaklık, p:basınç) simgesiyle gösterilmekte olup, basınç sıfır olduğunda; σ t = (Yoğunluk1)x1000 formülünden çıkan değerle daha kolay bir şekilde ifade edilir. Örneğin deniz suyu yoğunluğu ρ=1.02613 g/cm 3 ise formüle göre tam sayıyla sigma değeri σ t =26.13 tür. Eğer okyanus veya denizlerde yüzey tabakalarında çalışılıyorsa suyun sıkıştırılabilme dikkate alınmayabilir ve yeni değer sigmat σ t = (S,t,0) olarak kullanılabilir. Ancak derin sularda çalışma yapıldığında mutlaka bu özellik dikkate alınmalı ve σ değeri düzeltilerek verilmelidir. Bir su kütlesi derine doğru hareket edince tuzluluğu ve sıcaklığı diğer sularla karışmasından dolayı değişebilir. Böylece sıcaklık ve tuzluluk ölçümleri kullanılarak su kütlesinin hareket yolu izlenebilir (Stewart, 1979). 1.3.3.1. Okyanus ve Denizlerin Yoğunluğuna Etki Eden Faktörler Deniz suyunun yoğunluğu sıcaklık, tuzluluk ve basıncın etkisine bağlı olarak değişebilen bir fiziksel özelliktir. Su yoğunluğunun değeri tuzluluk ve basınç artışına paralel olarak arttığı halde, sıcaklık artışına paralel olarak azalır. Bu üç etkenden özellikle sıcaklığın yoğunluk üzerindeki etkisi daha önemlidir. Örneğin, tuzluluk yönünden eşit sıcaklık yönünden farklı iki suyun yoğunlukları birbirinden farklıdır. Bununla beraber, deniz suyunun yoğunluğu, kimyasal bileşimiyle de yakından ilgilidir. Normal atmosfer basıncında ve 0 C deki bir suyun yoğunluğu direkt olarak sadece tuzluluğun etkisindedir. Bu etki, diğer bir deyişle tuzluluk ve yoğunluk arasındaki ilişkiler, M Knudsen tarafından incelenmiş olup 1903 yılında tuzluluğun etkisindeki yoğunlukları gösteren Hidroğrafik tabloları hazırlamıştır.